RU2443526C1 - Method of jointing heterogeneous materials - Google Patents
Method of jointing heterogeneous materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2443526C1 RU2443526C1 RU2010135322/02A RU2010135322A RU2443526C1 RU 2443526 C1 RU2443526 C1 RU 2443526C1 RU 2010135322/02 A RU2010135322/02 A RU 2010135322/02A RU 2010135322 A RU2010135322 A RU 2010135322A RU 2443526 C1 RU2443526 C1 RU 2443526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tool
- holes
- fusible material
- fusible
- refractory material
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для получения соединения разнородных материалов в судостроении, авиации, химическом машиностроении и других отраслях промышленности.The invention relates to the field of engineering and can be used to obtain compounds of dissimilar materials in shipbuilding, aviation, chemical engineering and other industries.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является технология получения сталеалюминиевых соединений STIR-LOCK, принятая нами за прототип (см. Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Электронный ресурс] / Staines D.G., Thomas W.M., Kallee S.W. and Oakley P.J. - United Kingdom: TWI Ltd, 2006. - Режим доступа http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct2006.html. - Загл. с экрана.). Соединение получают следующим образом. Вначале в более тугоплавкой пластине выполняют отверстия. Пластину закрепляют, и на нее сверху укладывают и закрепляют пластину из менее тугоплавкого и более пластичного металла (алюминиевый сплав). Затем вращающийся инструмент в виде цилиндра, установленный под углом 1-5° по отношению к вертикальной оси опускают к собранным деталям и внедряют в более пластичную из них на глубину 0,2-0,5 мм. При этом происходит нагрев и пластифицирование верхней детали, а инструмент перемещается вдоль отверстий углом вперед. При этом пластифицированный металл, перемещающийся над отверстием, заполняет отверстия. Таким образом, образуется механическое соединение с заклепкой из тела более легкоплавкого металла.The closest in technical essence and the achieved result is the STIR-LOCK technology for producing steel-aluminum compounds, which we adopted as a prototype (see Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Electronic resource] / Staines DG, Thomas WM, Kallee SW and Oakley PJ - United Kingdom: TWI Ltd, 2006. - Access mode http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct2006.html. - Heading from the screen.). The compound is prepared as follows. Initially, holes are made in a more refractory plate. The plate is fixed, and on top of it a plate of less refractory and more ductile metal (aluminum alloy) is laid and fixed. Then a rotating tool in the form of a cylinder mounted at an angle of 1-5 ° relative to the vertical axis is lowered to the assembled parts and embedded in a more plastic of them to a depth of 0.2-0.5 mm. In this case, heating and plasticization of the upper part occurs, and the tool moves along the holes with the angle forward. In this case, plasticized metal moving above the hole fills the holes. Thus, a mechanical connection is formed with a rivet from the body of a more fusible metal.
Недостатком известной технологии является то, что нахлесточные соединения, нагружаемые осевой силой, работают не только на срез, но и на отрыв, что может привести к преждевременным разрушениям.A disadvantage of the known technology is that lap joints loaded with axial force work not only for shear, but also for tearing, which can lead to premature failure.
Техническим результатом изобретения является повышение прочности соединений разнородных материалов, например, в сталеалюминиевых соединениях.The technical result of the invention is to increase the strength of compounds of dissimilar materials, for example, in steel-aluminum compounds.
Технический результат достигается тем, что в способе получения нахлесточного соединения деталей из разнородных материалов, включающем выполнение в детали из более тугоплавкого материала, чем материал другой детали, отверстий, размещение на ней детали из более легкоплавкого материала, заглубление вращающегося цилиндрического инструмента, установленного под углом, в деталь из более легкоплавкого материала и перемещение его по детали из более легкоплавкого материала вдоль отверстий в детали из более тугоплавкого материала, отличием является то, что в отверстиях выполняют метрическую или коническую резьбу, а вращение инструмента осуществляют в направлении, совпадающем с направлением витков резьбы.The technical result is achieved in that in a method for producing lap joint of parts from dissimilar materials, which includes making parts of a more refractory material than other parts, holes, placing parts of a more fusible material on it, deepening a rotating cylindrical tool installed at an angle, into a part from a more fusible material and moving it along a part from a more fusible material along the holes in a part from a more refractory material, the difference is It is Busy that operate in the holes or conical metric thread and the rotation of the tool is performed in a direction similar to the direction of the threads.
При воздействии на деталь из более легкоплавкого материала вращающимся цилиндрическим инструментом формируется заклепка из более легкоплавкого материала за счет создаваемого инструментом давления и нагрева. Благодаря наличию резьбы в отверстиях, а также совпадению направления вращения инструмента с направлением витков резьбы, материал заклепки ввинчивается в отверстия и заполняет канавки резьбы, образуя неразъемное резьбовое соединение.When exposed to a part from a more fusible material by a rotating cylindrical tool, a rivet is formed from a more fusible material due to the pressure and heating created by the tool. Due to the presence of thread in the holes, as well as the coincidence of the direction of rotation of the tool with the direction of the threads, the rivet material is screwed into the holes and fills the grooves of the thread, forming an integral threaded connection.
В качестве тугоплавкого материала может быть использована, например, сталь, а в качестве легкоплавкого материала - алюминий или его сплавы.For example, steel can be used as a refractory material, and aluminum or its alloys can be used as a low-melting material.
В качестве инструмента может быть использован цилиндрический инструмент, используемый для сварки трением с перемешиванием. Инструмент может быть установлен под углом 1-5° по отношению к вертикальной оси и заглублен на 0,2-0,5 мм в легкоплавкий материал.As a tool, a cylindrical tool used for friction stir welding can be used. The tool can be installed at an angle of 1-5 ° with respect to the vertical axis and is buried by 0.2-0.5 mm in a low-melting material.
При осуществлении способа можно проводить дополнительный нагрев детали из более тугоплавкого материала нагревательным прибором до температуры, вызывающей пластификацию детали из более легкоплавкого материала.When implementing the method, it is possible to carry out additional heating of a part from a more refractory material with a heating device to a temperature that causes plasticization of the part from a more fusible material.
Заявляемый способ поясняется чертежами.The inventive method is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлена схема получения соединения, где 1 - цилиндрический инструмент с плоским торцом, 2 - деталь из более тугоплавкого материала, содержащая отверстия с резьбой, 3 - деталь из более легкоплавкого материала.Figure 1 presents the connection production scheme, where 1 is a cylindrical tool with a flat end, 2 is a part of a more refractory material containing threaded holes, 3 is a part of a more fusible material.
На фиг.2а представлен внешний вид полученного соединения по предлагаемому способу со стороны воздействия инструмента (лицевая сторона).On figa presents the appearance of the obtained compounds according to the proposed method from the side of the impact of the tool (front side).
На фиг.2б представлен внешний вид полученного соединения по предлагаемому способу с обратной стороны, где 4 - заклепка.On figb presents the appearance of the obtained compound according to the proposed method from the reverse side, where 4 is a rivet.
На фиг.3 представлен внешний вид образцов после разрушения, выполненных по предлагаемому способу, где 2 - деталь из более тугоплавкого материала, 3 - деталь из более легкоплавкого материала, 5 - место разрушения.Figure 3 presents the appearance of the samples after destruction made by the proposed method, where 2 is a part of a more refractory material, 3 is a part of a more fusible material, 5 is the place of destruction.
На фиг.4 представлен внешний вид образцов после разрушения, выполненных по прототипу, где 2 - деталь из более тугоплавкого материала, 3 - деталь из более легкоплавкого материала, 5 - место разрушения.Figure 4 presents the appearance of the samples after destruction, made according to the prototype, where 2 is a part of a more refractory material, 3 is a part of a more fusible material, 5 is a place of destruction.
Соединение осуществляют следующим образом.The connection is as follows.
На детали 2, выполненной из тугоплавкого материала, например, стали, выполняют отверстия, на внутренней поверхности которых выполняют метрическую или коническую резьбу. На стол фрезерного станка укладывают деталь 2, сверху устанавливают деталь 3, например, из алюминиевого сплава. Эти детали жестко закрепляют на столе. После чего к ним подводят вращающийся инструмент 1, заглубляют его в деталь 3 и осуществляют перемещение по ней вдоль отверстий. За счет трения торца цилиндрического инструмента 1 о деталь 3 происходит нагрев соединяемых деталей. А за счет наклона инструмента 1 и его движения возникает давление. При этом более пластичный материал детали 3 заполняет отверстия с резьбой в детали 2, образуя неразъемное резьбовое соединение.On a
Ниже приведен пример осуществления способа.The following is an example implementation of the method.
В лабораторных условиях выполнены соединения пластин длиной 155 мм, шириной 40 мм с толщиной стальной пластины 2 мм с пластиной из алюминиевого сплава АД31Т толщиной 4 мм по предлагаемому способу. В качестве привода инструмента использован фрезерный станок.In laboratory conditions, plate joints were made 155 mm long, 40 mm wide with a steel plate thickness of 2 mm and a plate made of aluminum alloy AD31T 4 mm thick by the proposed method. A milling machine was used as a tool drive.
Режим получения соединения:Connection Receive Mode:
Диаметр цилиндрического инструмента с плоской контактной поверхностью D - 25 мм;The diameter of the cylindrical tool with a flat contact surface D is 25 mm;
Скорость вращения инструмента - 710 об/мин;Tool rotation speed - 710 rpm;
Материал инструмента - 08Х18Н10Т;Tool material - 08X18H10T;
Угол наклона инструмента относительно вертикальной оси а - 2 град;The angle of the instrument relative to the vertical axis a - 2 degrees;
Величина заглубления инструмента h - 0,2 мм;The depth of the tool h - 0.2 mm;
Скорость продольного перемещения инструмента - 40 мм/мин;Speed of longitudinal movement of the tool - 40 mm / min;
Конфигурация отверстий - цилиндрические отверстия диаметром 8 мм без резьбы и с метрической резьбой М8.Hole configuration - cylindrical holes with a diameter of 8 mm without thread and with metric thread M8.
Полученные соединения были испытаны на разрывной машине УММ10. Результаты испытаний приведены в таблице 1 и фиг.3.The obtained compounds were tested on a tensile testing machine UMM10. The test results are shown in table 1 and figure 3.
Для сравнения в таблице 1 и на фиг.4 приведены результаты испытаний аналогичных соединений с отверстиями разных конфигураций и без резьбы.For comparison, table 1 and figure 4 show the test results of similar joints with holes of different configurations and without thread.
Как видно из таблицы, заклепочное соединение (по прототипу) разрушилось при 400 кг (фиг.4). В случае соединения, полученного по предлагаемому способу, разрушение происходило при 750 кг (фиг.3). То есть прочность соединения, полученного по предлагаемому способу, в 1,8-2,0 раз выше, чем при соединении без резьбы.As can be seen from the table, the rivet connection (prototype) was destroyed at 400 kg (figure 4). In the case of the compound obtained by the proposed method, the destruction occurred at 750 kg (figure 3). That is, the strength of the connection obtained by the proposed method is 1.8-2.0 times higher than when connecting without thread.
Результаты испытаний показали также, что при использовании дополнительного подогрева до температуры, вызывающей пластификацию более легкоплавкого материала, понижается предел текучести материалов, что приводит к лучшему течению более легкоплавкого материала и лучшему заполнению отверстий в более тугоплавком материале, что особенно полезно при соединении деталей большей толщины.The test results also showed that when using additional heating to a temperature that causes plasticization of a more fusible material, the yield strength of materials decreases, which leads to a better flow of a more fusible material and a better filling of holes in a more refractory material, which is especially useful when connecting parts of a larger thickness.
Таким образом, использование заявляемого способа соединения разнородных материалов позволяет получить соединение, имеющее повышенные прочностные характеристики.Thus, the use of the proposed method of joining dissimilar materials allows you to get a connection with high strength characteristics.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135322/02A RU2443526C1 (en) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | Method of jointing heterogeneous materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010135322/02A RU2443526C1 (en) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | Method of jointing heterogeneous materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2443526C1 true RU2443526C1 (en) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010135322/02A RU2443526C1 (en) | 2010-08-23 | 2010-08-23 | Method of jointing heterogeneous materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2443526C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2642239C1 (en) * | 2016-12-16 | 2018-01-24 | Виталий Федорович Лукьянов | Method for obtaining permanent joint of components made of dissimilar materials, one of which is made of plastic metal |
RU2683678C2 (en) * | 2015-02-20 | 2019-04-01 | Сименс Акциенгезелльшафт | Molded part with metallic functional area |
RU2810473C1 (en) * | 2023-07-13 | 2023-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126738C1 (en) * | 1994-03-28 | 1999-02-27 | Дзе Велдинг Институт | Method of friction welding with mixing and permanent probe for use in friction welding |
JP2004066336A (en) * | 2002-08-09 | 2004-03-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Friction pressure welding method and joint |
RU2247639C1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" | Method for friction welding of aluminum alloy butt joints |
RU2315697C2 (en) * | 2005-02-15 | 2008-01-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Enhanced-strength bimetal and method for making it |
RU2330749C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method of friction welding with material mixing and device for welding |
RU125216U1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Многофункционального Каркасного Строительства" | CONSTRUCTED CONCRETE FRAME OF THE BUILDING, STRUCTURES WITH STRONG MONOSE JOINTS "ISS-XXI CENTURY", PERFORMED BY THE TECHNOLOGY OF CONTINUOUS FORMATION |
-
2010
- 2010-08-23 RU RU2010135322/02A patent/RU2443526C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2126738C1 (en) * | 1994-03-28 | 1999-02-27 | Дзе Велдинг Институт | Method of friction welding with mixing and permanent probe for use in friction welding |
JP2004066336A (en) * | 2002-08-09 | 2004-03-04 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Friction pressure welding method and joint |
RU2247639C1 (en) * | 2003-05-27 | 2005-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российская самолетостроительная корпорация "МиГ" | Method for friction welding of aluminum alloy butt joints |
RU2315697C2 (en) * | 2005-02-15 | 2008-01-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский федеральный университет" | Enhanced-strength bimetal and method for making it |
RU2330749C2 (en) * | 2006-09-29 | 2008-08-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева" | Method of friction welding with material mixing and device for welding |
RU125216U1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр Многофункционального Каркасного Строительства" | CONSTRUCTED CONCRETE FRAME OF THE BUILDING, STRUCTURES WITH STRONG MONOSE JOINTS "ISS-XXI CENTURY", PERFORMED BY THE TECHNOLOGY OF CONTINUOUS FORMATION |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Friction stir technology - recent developments in process variants and applications [Электронный ресурс] / Staines D.G., Thomas W.M., Kallee S.W. and Oakley P.J. - United Kingdom:TWI Ltd, 2006. Найдено в Интернет: http://www.twi.co.uk/content/spwmtoct 2006. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2683678C2 (en) * | 2015-02-20 | 2019-04-01 | Сименс Акциенгезелльшафт | Molded part with metallic functional area |
RU2642239C1 (en) * | 2016-12-16 | 2018-01-24 | Виталий Федорович Лукьянов | Method for obtaining permanent joint of components made of dissimilar materials, one of which is made of plastic metal |
RU2810473C1 (en) * | 2023-07-13 | 2023-12-27 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный технический университет" (ДГТУ) | Method for manufacturing lap joints from dissimilar materials |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103521912A (en) | Friction stir welding tool for overlap joint | |
Ramulu et al. | Internal defect and process parameter analysis during friction stir welding of Al 6061 sheets | |
CN101535661B (en) | Element anchoring in a construction material and anchoring method thereof | |
RU2470196C2 (en) | Mounting assembly of several plates laid on each other, which is made by friction welding | |
Choi et al. | Effect of pin shapes on joint characteristics of friction stir spot welded AA5J32 sheet | |
CN204621349U (en) | A kind of floating double-axis shoulder friction stir welding tool | |
CN103447685B (en) | A kind of Friction stir welding method without band arc line figuratrix depression | |
CN101856771A (en) | The friction stir weld of different metal | |
JP2008073770A (en) | Connection of rotationally symmetrical steel fastening element to flat aluminum component | |
Malafaia et al. | Fatigue behavior of friction stir spot welding and riveted joints in an Al alloy | |
Sun et al. | Analysis on the fracture of Al-Cu dissimilar materials friction stir welding lap joint | |
CN103894723A (en) | Friction-stir welding tool capable of increasing overlap-joint area of aluminum steel and welding method | |
RU2443526C1 (en) | Method of jointing heterogeneous materials | |
Czigány et al. | Friction stir welding of fiber reinforced polymer composites | |
RU2446927C1 (en) | Method of producing joint of heterogeneous materials | |
Kumar et al. | Performance analysis of varying tool pin profile on friction stir welded 2050-T84Al-Cu-Li alloy plates | |
Ma et al. | Effect of process parameters on joint formation and mechanical performance in friction stir blind riveting of aluminum alloys | |
US11273517B2 (en) | Rotary friction welding | |
Abdulkadhum et al. | Mechanical behavior of friction stir welded high-density polyethylene sheets | |
CN107442964B (en) | Method for predicting incomplete penetration and weak connection defects in aluminum alloy friction stir welding | |
Yan et al. | Friction plug welding acrylonitrile butadiene styrene sheets: the investigation of welding process, joint morphology and mechanical property | |
JP4264435B2 (en) | Deck plate joining drill screw | |
CN106964741B (en) | A kind of staking clinching method between aluminium alloy plate and carbon fibre composite plate | |
JP6213956B2 (en) | Joining method and joining apparatus | |
Ahmed et al. | On increasing productivity of micro-friction stir welding with aid of tool shoulder micro-features |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160824 |